Способ определения направления контурной линии на изображении объекта и устройство для его осуществления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) (5D 4 G 06 К 9 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ. "К ПАТЕНТЪ(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA (21) 3529505/24-24 (22) 06.01.83 (31) 341525 (32) 21.0.1 .82 (33) US (46) 30. 07. 88. Бюл. У 28 (71) Др. -инж. Рудольф Хелль ГмбХ (DE) (72) Роберт Шварц (US) (53) 681, 327 . 12 (088. 8) (56) Патент США У 3846754, кл. 340-146. 3, опублик. 1974.

" Патент Японии В 48-34493, кл. 97/7/ В 67, опублик. 1979. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ

КОНТУРНОЙ ЛИНИИ НА ИЗОБРАЖЕНИИ ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕ-

НИЯ (57) Изобретение относится к автома.тике, в частности к электронной репродукционной технике, при которой с йомощью сканирующего устройства или гравировального автомата изготавливают растрированные и нерастрированные печатные формы. Цель изобретения— повышение точности определения направления контура оригинала при точечной и построчной оптоэлектронной развертке оригинала. Поставленная цель достигается тем, что при оптоэлектронной развертке оригинала,кроме сигнала иэображения, получают еще четыре сигнала окружающего фона из увеличенной зоны считывания, разделенной на четыре квадранта вокруг точки изображения. Из сигналов окружающего фона противолежащих квадрантов образуют разности и вначале определяют путем выбора максимальной разности тот квадрант, через который проходит контур оригинала.Не1 посредственно после этого из разностей сигналов окружающего фона противолежащих и соседних квадрантов с учетом начального угла соответственно установленного квадранта определяется угол, котооый образуется контуром и линией отсчета. В устройстве достижение цели обеспечивается введением дифференцирующего блока, селек.тора квадранта и дифференцирующего усилйтеля.,2 с. и 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

1414329

Изобретение относится к области автоматики, в частности к способу определения направления контурной линии на изображении объекта и устрой5 ству для его реализации, и может быть использовано при изготовлении растрированных или нерастрированных печатных форм репродуцируемых оригиналов, 10

Цель изобретения состоит в повышении точности определения направления контурной линии на изображении объекта, На.фиг,1 показана блок-схема усто ройства; на фиг.2 — графическое изображение зоны считывания; на фиг.3 характеристики сигнала;на фиг,4-8 примеры конкретного конструктивного выполнения блока сканирования и дифференцирующего блока, селектора контура, селектора квадранта, вычислительного блока и оптического узла блока сканирования соответственно.

Устройство включает (фиг.1) враща-25 ющийся барабан 1 с закрепленным на нем оригиналом 2, освещаемым лучом (световой точкой) 3 и отражающим считывающий свет 4, объектив 5, блок 6 сканирования, дифференцирующий блок

7, вычислительный блок 8, коммутатор

9, селек:тор 10 контура и селектор 11 квадранта.

Селек:тор 10 содержит суммирующий усилитель 12, первый 13 и второй 14 дифференцирующие усилители и пороговый блок 15„ на фиг.1 показаны также направления вращения 16 и перемещения

l7 барабана 1 соответственно> выходы

18 и 19 блока 6, выходы 20,21,цифференцирующего блока 7, выходы 22 селектора 11 квадранта, На фиг.2 представлены обозначенная как точка изображения центральная эона О считывания в форме окружности с центром 23 и четыре концентрически расположенных кольцевых по форме квадрантов А,В, С и Р окружающего фона.

Площадь, которую покрывают квадранты окружающего фона А, В, C и D, приблизительно соответствует величине SG световой точки 3.

На фиг.2 блок 6 обозначен стрелкой

24 и линией 25 отсчета, проходящей перпендикулярно к направлению считывания через центр 23. Кроме того, фиг.2 показывает контур 26 на образце 2, принятый в виде прямой линии, причем под контуром понимается граничная линия между зонами 27 с различными тоновыми градациями или плоткостями. Контур 26 представлен в тот момент времени, в котором он ввиду относительного движения между оригиналом 2 и блоком 6 проходит непосредственно через центр 23. В зоне 28 слева от контура 26 оригинал может иметь более темную градацию, а в зоне

29 справа от контура 26 более светлую тоновую градацию. Проход от светлого к темному контуру 26 может, кроме того, образовывать с линией отсчета угол, который должен быть определен, Полученный в блоке 6 сигнал изображения U является мерой яркости зоны О считывания или точки изображения, а сигналы U до Uy окружающего фона являются мерой яркости определенного соответственно квадрантами А до D окружающего фона точек изо" бражения.

Фига 3 показывает характер прохождения сигнала U, изображения и четырех oHrH oB UA, U,,U U окружающего фона в зависимости от угла 3 а именно для сЛучая, когда переход

or светлого к темному контуру 26 мог бы выводиться от линии 25 отсчета (1 = О) иэ полного оборота вокруг центра против направления движения часовой стрелки, Далее производят коррекцию блока 6 так, чтобы сигнал изображения и сигналы U „ до U окружающего фона при однородном освещении всех площадей квадрантов имели одинаковые амплитуды сигналов.

Блок сканирования (фиг.4) содержит оптоэлектронные преобразователи

30-34, например фотодиоды, и регулируемые усилители 35-39. Оптоэлектронные преобразователи с 30 до 34 преобразуют считывающий пучок света,принятый иэ центральной и развертываемой зоны О и квадрантов с А до D окружающего фона (фиг,2), в сигнал Uo изображения и сигналы с U äî Пп окружающего фона. Путем регулировки уровня усиления усилителей с 35 до 39 оптоэлектронные преобразователи с

30 до 34 могут быть выравнены эа одну и ту же чувствительность. и

Дифференцирующий блок 7 (фиг.1) содержит дифференцирующие усилители

40-47.

Селектор 10 контура (фиг.5) содержит суммирующий усилитель 12 со входами 48-51, веовьвт 13 и второй 14 з 141 дифференцирующие усилители, и пороговый блок 15, включающий компараторы 52, 53 и элемент И 54.

На фиг.5 показаны также пороговый вход 55 и выход 56 дифференцирующего усилителя, Селектор 11 квадранта (фиг,6) содержит компараторы.57, 58 и элемент

И 59 для квадранта А, компараторы

60, 61 и элемент И 62 для квадранта

В, компараторы 63, 64 и элемент И 65 для квадранта С и компараторы 66, 67 и элемент И 68 для квадранта D.

Вычислительный блок (фиг,7) содержит первую 69 и вторую 70 группу ключей, первый усилитель 71, делитель

72 напряжения, второй усилитель 73, . сумматор 74, третью группу 75 ключей, датчики 76-78 напряжений и третий усилитель 79:с выходом 80.

На фиг.оа в качестве оптоэлектронного преобразователя 81 показан так называемый квадрантный фотодиод, который встречается со считывающим световым лучом 4, поступающим через объектив 5 развертки в блок 6. Квадрантный фотодиод 81 имеет изолированные одну от другой поверхности 82 оптического входа, сформированные в соответствии с зоной 0 считывания и с четырьмя квадрантами от А до D окружающего фона (фиг.2), и выдает на выходы пять селективных выходных сиг. налов, а именно U иэображения и с

Up до U> окружающего фона.

Другой вариант оптического узла блока 6 показан на фиг.8б, где в считывающем световом луче 4 расположено кольцевое зеркало 83, которое отражает из считывающего светового луча 4 частичный пучок лучей 84. Отверстие

85 в центре зеркала является диафрагмой точки изображения, через которую сяитывающий световой луч падает на фотодиод 30 из зоны 0 развертки. Фотодиод 30 выдает сигнал U изображения.

Чатстичный световой пучок 84 представляет окружающий фон, в котором находятся четыре поверхности 86 светового входа упорядоченного светопроводящего пучка 87. К поверхностям 88 светового выхода светопроводящего пучка 87 присоединены четыре фотодиода 31-34, они выдают четыре сигнала с U< до U окружающего фона. Альтер-, нативно также выходящий из зоны 0 развертки развертывающий световой луч может передаваться с помощью све50

55 ляют тот квадрант окружающего фона, в котором переход от светлого к темному контура находится в направлении угла. Для этого из четырех сигналов

U, U» U и Uä окружающего фона образуют соответственно четыре разностных сигнала (U> — UII), (U — U<), (U — U ) H (Up — Up) H HS HHX BbIHB ляют максимальный разностный сигнал, Как видно из сигналов по фиг.3, каждый квадрант окружающего фона характеризуется определенным максимальг ным разностным сигналом, а именно в квадранте А окружающего фона макси4329 топровода к фотодиоду 30, зеркало 83 может отсутствовать.

Устройство работает следующим образом.

На вращающемся барабане 1 для считывания закреплен оригинал 2, который может иметь полутоновые изображения, шрифтовые знаки или шрифтовые

1р элементы графических изображений с любым ходом контуров. Оригинал 2 освещают световой точкой 3 источника света точечно и построчно. При непрозрачном оригинале отраженный, а

15 при прозрачном — прошедший и модулированный по яркости считывающий свет

4 поступает через объектив 5 и блок

6, движущийся перпендикулярно к направлению считывания аксиально вдоль барабана 1 в направлении стрелки 16.

Блок 6 преобразует считывающий световой луч 4 в сигнал U изображения, а в выбранном примере исполненйя — в четыре сигнала U, U, U, 25,U окружающего фона.

Благодаря принятому повороту контура 26 вокруг центра 23 в отдельных квадрантах от А до D окружающего фона изменяется светлое темное покрытие по поверхности, тем самым измеренная яркость в отдельных зонах, причем сигнал окружающего фона при полном покрытии с более светлой тоновой градацией имеет более высокое . значение напряжения, а при полном покрытии с более темной тоновой градацией имеет более низкое значение напряжения, а между экстремальными значениями сигнал имеет ход, зависящий от уровня покрытия поверхности или

40 .от угла поворота.

Угол между линией отсчета и переходом от светлого к темному контура определяется следующим образом.

Вначале в первой операции опреде1414329 мален разностный сигнал (U> — U> ), в квадранте  — разностный сигнал (Бд — Пс), в квадранте С вЂ” разностный сигнал (U8 - UD) и в квадранте D —5 разностный сигнал (Б — U ). Тем самым благодаря выбору максимума из четырех разностных сигналов выявляется соответствующий квадрант окружающего фона. 1

После того как соответствующий квадрант окружающего фона известен, рассчитывают в ходе второй операции способа соответствующий угол из ука занных до этого разностных сигналов 1 и дополнительных разностных сигнаzxoa (ид — П,), (U8 — П,), (U — U ) и (UD — Б4) по таблице:

D на входы блока 8 для вычисления угла.

Последний из восьми разностных сигналов по столбцу III таблицы в зависимости от выявленного квадранта окружающего фона определяет соответствующий угол.

Из сигналов от U> до Ug с помощью суммирующего усилителя с усилением 0,25 образуется сигнал U среднего значения согласно уравнению

U = 0,25 (U + 0 + П + П ).

Сигнал U среднего значения и сигнал П изображения подают на первый дифференцирующий усилитель 14, в котором образуют разностный сигнал:

0д Пщ По °

На основании указанных условий коррекции разностный сигнал Ug = О, 25 когда по фиг.2 контур 26 проходит точно через центр 23 зоны 0 считывания. Таким образом, условие Б, = 0 ,является критерием наличия контура в оригинале. Чтобы сделать распозна30 вание контура нечувствительным к колебаниям сигнала, разностный сигнал

U сравнивают в подключенном к диф.ференцирующему усилителю 13 блоке 15 с заданным пороговым значением S u управляющ и сигнал Б 3 11Контур опознан" подают на линию 22 тогда, когда разностный сигнал U лежит внутри зоны + Б срабатывания, определенной пороговым значением.

Компараторы селектора 11, к кото40 рым по столбцу I таблицы подводят раэностные сигналы (Пв — U8), (Пд — Пе ), (U8 — БВ) и (U — Up),устанавливают соответственно максимальные разностные сигналы, Путем определеМаксимальная разность

Квадрант

Угол

7> БД вЂ” Б8

2 "э - 06

А

Пв -Uc

--- — +—

Пд Пс 2 л !

Пд Пс л 7(Uc-Ua — ° — — -+ li

2 08 -Б 8 Э д

U>-U

Uc Пд

50

Полученные в блоке 6 сигналы с

U до UD окружающего фона поступают в дифференцирующий блок 7. Сигналы с

Бд до Uy окружающего фона, а также сигнал U изображения подводят по проводникам 19 к селектору .10, на выходе которого при прохождении контура через центр 23 зоны считывания (фиг.2) формируется сигнал управления.

Сигналы с выходов U, U âüùàþòñÿ на выход устройства.

В дифференцирующем блоке 7 из четырех входных сигналов с окружающего фона образуют восемь указанных разностных сигналов, которые с выходов блока 7 поступают на входы вычислительного блока 8 для вычисления угла, Кроме того, разностные сигналы (U>—

- U,), (U„ - U,), (U, — U,) (U,— — Б ) поступают на входы селектора

11 квадранта, который распознает по столбцам I u II таблицы соответствующие квадранты с А до D окружающего фона и выдает соответствующие сигналы распознавания квадрантов с А до ния максимальных разностных сигналов в соответствующих элементах И распознают соответствующие столбцам I u II таблицы квадранты от А до В окружаю-. щего фона.

Если, например, разностный сигнал (U — U ) имеет максимальное значе

D 8 ние, то лишь тогда в компаратах 57 и

58 и тем самым в элементе И 59. уровнем выходного сигнала является "1", в то время как во всех других элементах И 62, 65 и 68 уровень выходного сигнала "0". Уровень выходного сигнала "1" в этом случае говорит о

7 1414 том, что был распознан квадрант А окружающего фона.

Полученные в дифференцирующем блоке 7 разностные сигналы подают к двум управляемым сигналами распознавания

5 квадрантов от А до D аналоговым выключателем 69 и 70, которые при изображении символизируются механическими средствами. коммутации. 1О

В зависчмости от кьадрантов от А до D окружающего фона, распознанных в селекторе 11 квадрантов, или от соответствующих им сигналов от А до

D квадрантов окружающего фона в аналоговом ключе 69 выбирают разностные сигналы, необходимые согласно столбцу III таблицы для получения числителя 2, а в аналоговом ключе 70 выбирают разностные сигналы, необходимые для образования знаменателя N.

Выбранные в аналоговом ключе разностные сигналы усиливают в подключенном усилителе 71 с коэффициентом усиления и /2 и в качестве Z-сигналов пода-... л 25 ют в делитель 72, Выбранные в аналоговом ключе 70 раэностные сигналы усиливают во втором усилителе 73 с коэффициентом усиления "1" и в качестве

N-сигналбв также подводят к делителю

72, который рассчитывает дробь Z/N.

К делителю 72 подключен сумматор

74, в котором в случае необходимости к рассчитанной дроби согласно столбцу

i III таблицы прибавляются значения ь/2,35 и или 3 i /2. Для этого к сумматору последовательно выборочно подключают с помощью дополнительного аналогового ключа 75, который может управлять= . ся сигналами В, С и D распознавания 40 квадрантов, три датчика 76-78 напряжения для значения n/2, 4 и ЗГ/2 через другой усилитель 79 с коэффициентом усиления. Выходные значения сумматора 74 представляют искомые уг- 4В лы

Формула изобретения

1. Способ определения направления я0 контурной линии на изображении объекта, основанный на поточечном и IIO строчном сканировании изображения объекта сканирующим лучом, разделении оптического сигнала изображения объекта на отдельные квадранты зоны сканирования, преобразовании его в сигналы считывания квадрантов и формировании опорного сигнала при пересе329 8 чении сканирующим лучом контурной линии изображения объекта, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, формируют раэностные сигналы путем вычитания сигналов считывания противолежащих и смежных квадрантов, присваивают каждому из квадрантов тот разностный сигнал, который формируют из сигналбв считывания квадрантов, смежных данному квадранту и противолежащих друг другу, определяют максимальный разностный сигнал и соответствующий ему квадрант, селектируют разностный сигнал, сформированный из сигналов считывания установленного и смежного с ним квадрантов, определяют отношение отселектированного и максимального разностных сигналов и фиксируют угол направления контурной линии в момент наличия опорного сигнала как сумму начального угла установленного квадранта и дополнительного угла, соответствующего произведению П2 и полученного отношения.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что опорный сигнал, сигнализирующий о прохождении контурной линии изображения через центр зоны считывания, формируют из разности сигналов считывания центра и среднего значения сигналов считывания квадрантов.

3. Устройство для определения направления контурной линии на иэображении объекта, содержащее блок сканирования, информационный вход которого оптически связан с носителем изображения, а информационные выходы подключены к суммирующему усилителю, вычислительный блок, информационный выход которого соединен с информаци". онным входом коммутатора, информационный выход которого является информационным выходом устройства, и пороговый блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит дифференцирующий блок, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами блока сканирования, а информационные выходы подключены к одним информационным входам вычислительного блока, селектор квадранта, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами дифференцирующего блока, а информа1414329 ционные выходы подключены к другим информационным входам вычислительного блока, и дифференцирующий усилитель, входы которого соединены с соответствующими информационными вы5 ходами суммирующего усилителя и блока сканирования, а выход подключен к информационному входу порогового блока, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора.

4. Устройство по п,3 о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что селектор квадранта содержит первую и вторую группы компараторов, информационные 15 входы которых являются информационными входами селектора квадранта, а выходы подключены к входам соответствующих элементов И, выходы ко-, торых являются информационными выходами селектора квадранта.

5. Устройство по п.3, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что вычислительный блок содержит первый и второй усилители, информационные входы которых соединены с соответствующими выходами первой и второй групп ключей, а выходы подключены к информа2

t7 ционным входам делителя напряжения, третий усилитель, информационные входы которого соединены с выходами ключей третьей группы, входы которых подключены к информационным выходам соответствующих датчиков напряжения, и сумматор, информационные входы которого соединены с выходами делителя напряжения и третьего усилителя, при этом одни информационные входы вычислительного блока являются входами ключей первой и второй групп, а другие информационные входы вычислительного блока являются входами ключей первой, второй и третьей групп вычислительного блока.

6. Устройство по п.3, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок сканирования выполнен в виде квадрантного Аотодиода.

7. Устройство по п.3, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок сканирования выполнен в виде оптоэлектронных преобразователей-по числу квадрантов, оптически связанных с помощью световодов с входными поверхностями квадрантов.

1414329

p fI

26

Фие. 2

Ug 2

1414329

1414329

1414329

1414329

- .

I е рр р

Составитель Т. Ничипорович

Техред Л.Олийнык Корректор М.Демчик

-Редактор О.Спесивых г

Заказ 4121

Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

4О

iI

1

1

1 3